转向装置的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35条119款主张基于2016年3月29日提交的2016-066907号日本专利申请的优先权。该申请的内容通过引用整体并入。

本发明涉及一种转向装置。

背景技术：

日本专利申请特开2008-189077号公报公开了一种通常用于线控转向(sbw)型转向系统的离合器。离合器在机械耦合和解耦转向构件与车轮转向轴之间的动力传递路径之间切换。

日本专利申请特开2008-189077号公报中公开的离合器包括行星齿轮机构，其中输入轴与内齿轮耦合，输出轴与支架耦合。当太阳齿轮被锁定时，输入轴和输出轴机械耦合以将输入轴的转动传递至输出轴。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，一种转向装置包括离合器和车轮转向轴。离合器包括输入轴、输出轴、行星齿轮机构、壳体和限制构件。行星齿轮机构与输入轴和输出轴中的每一者耦合。壳体配置为容纳行星齿轮机构和至少部分输出轴。限制构件固定到壳体上或者构成部分壳体。限制构件通过空隙与输出轴的外表面相对以便限制输出轴的倾斜。车轮转向轴配置为根据输出轴的转动来移位以便使车轮转向。

附图说明

结合附图、参考以下具体说明能更好地理解本发明，有助于更完整地了解本发明及其诸多优点，其中：

图1是示意性示出根据本发明一个实施例的转向装置的基本部件的配制的简图；

图2是根据该实施例的转向装置的截面图；

图3a和3b是示意性示出根据该实施例的离合器的示例性配制的简图，其中图3a示出了离合器脱离接合的状态，图3b示出了离合器被接合的状态；

图4a和4b是示意性示出根据本实施例的离合器的另一示例性配制的简图，其中图4a示出了离合器脱离接合的状态，图4b示出了离合器被接合的状态；

图5是示意性示出根据本实施例的限制构件以及围绕其的部件的简图；以及

图6是图5中vi部分的放大图。

具体实施方式

现参考附图对实施例进行说明，其中在各个附图中，相似附图标号表示对应的或者相同的元件。

现参考图1对根据一个实施例的转向装置进行说明。图1是示意性示出根据该实施例的转向装置1的基本部件的配制的简图。如图1所示，转向装置1包括转向单元10、车轮转向单元20、转向构件200和控制器300。转向装置1用于根据驾驶员通过转向构件200的转向操作使车轮400转向。

根据该实施例的转向装置1是线控转向型转向装置，其具有至少2种功能，即机械耦合或解耦转向构件200与车轮转向单元20之间的扭矩传递路径的功能和在解耦扭矩传递路径的状态下根据通过转向构件200的转向操作来电控制车轮400的转向角度的功能。

如图1所示，将具有车轮外形的转向轮作为转向构件200的示例。然而，这并没有限制该实施例。也可使用具有其他外形和机构的装置，只要该装置能够接受驾驶员的转向操作。

转向单元10

转向单元10既具有通过转向构件200来接受驾驶员的转向操作的功能又具有机械耦合或解耦转向构件200与车轮转向单元20之间的扭矩传递路径的功能。转向单元10还具有针对转向操作生成反作用力并将反作用力传递至转向构件200的功能。

如图1所示，转向单元10包括上转向轴101、中间转向轴102、下转向轴103、扭矩传感器12、动力发生器13、动力传递轴14和动力传递器15。

在该描述中，上转向轴101、中间转向轴102和下转向轴103有时也都称为“转向轴”。

同样，在该描述中，“上端”是指在根据驾驶员的转向操作的转向力的传递路径的上游侧的端部(即，在输入侧的端部)，而“下端”是指在转向力传递路径的下游侧的端部(即，输出侧的端部)。

在该实施例中，上转向轴101的上端以扭矩可传递的方式与转向构件200耦合。在该描述中，“以扭矩可传递的方式耦合”是指将第一构件与第二构件以第二构件依照第一构件的转动而转动的方式进行耦合。例如，其含义至少包括第一构件和第二构件互成一体的情形、第二构件直接或间接固定到第一构件上的情形、以及第一构件和第二构件通过部件(如接头)以第一构件和第二构件互相结合运行的方式彼此耦合的情形。

在该实施例中，上转向轴101的上端以转向构件200和上转向轴101一体转动的方式固定到转向构件200上。

上转向轴101和中间转向轴102以扭矩可传递的方式弹性地彼此耦合。扭矩传感器12检测上转向轴101和中间转向轴102之间形成的扭力。

尽管未示出，但具体地，上转向轴101和中间转向轴102各自在内部具有空腔。扭杆设置在这些空腔内以弹性地耦合上转向轴101和中间转向轴102。当驾驶员通过转向构件200进行转向操作时，根据转向操作的扭距t的大小在上转向轴101和中间转向轴102之间形成扭转角θt。然后，扭矩传感器12检测该扭转角θt并将指示检测结果的扭矩传感器信号sl12输出至控制器300。应注意的是转向单元10可包括转向角传感器以检测转向构件200的转向角，例如，以便向控制器300输出指示所检测的转向角或转向角速度的信号。

动力发生器13根据由控制器300输出的扭矩控制信号sl13将扭矩施加于动力传递轴14。

在非限制性实施例中，动力发生器13可为电机主体，且动力传递轴14可为穿过电机主体并由电机主体转动的电机输出轴。动力传递轴14可为以扭矩可传递的方式与电机输出轴耦合的另一个轴。

动力传递器15以相对于动力传递轴14扭矩可传递的方式与动力传递轴14耦合。动力传递器15以扭矩可传递的方式与中间转向轴102耦合。

动力传递器15为在动力传递轴14和中间转向轴102之间传递扭矩的动力传递机构。例如，作为动力传递器15，可使用齿轮传动、皮带传动、链传动、摩擦传动、和牵引传动动力传递机构或这些动力传递机构的组合。齿轮传动动力传递机构可包括，例如，螺旋齿轮、行星齿轮、以及蜗杆与蜗轮的组合。摩擦传动动力传递机构和牵引传动动力传递机构可包括，例如，行星式滚筒。动力传递器15不一定包括减速齿轮。

根据上述配置，动力发生器13产生的扭矩通过动力传递轴14和动力传递器15传递至中间转向轴102。

控制器300

控制器300根据驾驶员的转向操作控制由车轮转向力发生器220产生的车轮转向力和由动力发生器13产生的扭矩。

具体地，参考由扭矩传感器12输出的扭矩传感器信号sl12，控制器300产生扭矩控制信号sl13来控制由动力发生器13产生的扭矩以及车轮转向力控制信号sl220来控制由车轮转向力发生器220产生的车轮转向力。控制器300分别将扭矩控制信号sl13和车轮转向力控制信号sl220输出至动力发生器13和车轮转向力发生器220。

控制器300还可参考信号(如指示转向构件200的转向角度的信号和来自车速传感器的车速信号)以便产生扭矩控制信号sl13和车轮转向力控制信号sl220。

控制器300将离合器控制信号sl30输出至离合器30以便控制在离合器30的耦合状态和解耦状态之间的切换。

当离合器30处于解耦状态时，控制器300控制动力发生器13产生相对于驾驶员转向操作的反作用力。具体地，控制器300控制动力发生器13向转向轴传递与通过转向构件200进行的驾驶员转向扭矩输入的方向相反的反作用力扭矩。这能使驾驶员获得对转向操作的触觉反应。

控制器300对离合器30的具体控制方法不应限制该实施例。例如，控制器300可安排为在例如转向装置1出现某些故障和点火关闭期间的情形下将离合器30切换至耦合状态。通过此配置，当发生故障和点火关闭时，驾驶员甚至不用通过电通路就能使车轮400转向是有可能的。

当离合器30处于耦合状态时，控制器300可安排为以向转向轴传递与通过转向构件200进行的驾驶员转向扭矩输入的方向相同的扭矩的方式控制动力发生器13。因此，即使在离合器30的耦合状态下，驾驶员无需较大的力就能进行转向操作是有可能的。

车轮转向单元20

车轮转向单元20安排为根据已被转向单元10接受的驾驶员的转向操作使车轮400转向。

如图1所示，车轮转向单元20包括第一万向节201、中间轴104、第二万向节202、输入轴(输入轴)105、离合器30、小齿轮轴(输出轴)106、小齿轮107、齿条轴(车轮转向轴)211、拉杆212、转向节臂213和车轮转向力发生器220。

输入轴105的下游侧、离合器30、小齿轮轴106、小齿轮107、部分齿条轴211和车轮转向力发生器220容纳在小齿轮箱25中。在该实施例中，小齿轮轴106包括单一构件。然而，该配置不应视为限制。小齿轮轴106可包括多个构件。

中间轴104的上端以扭矩可传递的方式通过第一万向节201与下转向轴103的下端耦合。

中间轴104的下端以扭矩可传递的方式通过第二万向节202与输入轴105的上端耦合。

小齿轮107以相对于小齿轮轴106扭矩可传递的方式与小齿轮轴106的下端耦合。具体地，小齿轮107固定到小齿轮轴106上以使小齿轮轴106和小齿轮107一体转动。

在该实施例中，在齿条轴211的与小齿轮107相对的部分上形成与小齿轮107啮合的齿条。

在该实施例中，离合器30与输入轴105的下端耦合。离合器30根据由控制器300输出的离合器控制信号sl30在机械耦合和解耦转向构件200与转向单元20之间的扭矩传递路径之间切换。具体地，离合器30根据离合器控制信号sl30在机械耦合和解耦输入轴105的下端与小齿轮轴106的上端之间的扭矩传递之间切换。

在该实施例中，当离合器30处于耦合状态时，驾驶员通过转向构件200的转向操作促使小齿轮107转动以使齿条轴211在轴向上移位。

同时，当离合器30处于解耦状态时，车轮转向力发生器220根据来自控制器300的车轮转向力控制信号sl220产生车轮转向力以便使齿条轴211在轴向上移位。

当齿条轴211在轴向上移位时，车轮400通过位于齿条轴211的两端的拉杆212和与拉杆212耦合的转向节臂213转向。然而，本发明不应限制为通过齿条小齿轮机构使车轮转向轴移位的配置。车轮转向轴可通过其他机构(如滚珠丝杠机构)移位。

应注意的是车轮转向力发生器220的具体配置不应限制该实施例。例如，车轮转向力发生器220可具有以下配置。

车轮转向力发生器220

车轮转向力发生器220可包括电机(未示出)和将电机输出轴的转动转化为齿条轴211在轴向上的直线运动的转化机构。所谓的滚珠丝杠机构可作为该转化机构。滚珠丝杠机构包括，例如，螺母(未示出)、齿条轴螺旋凹槽(未示出)和多个滚动滚珠(未示出)。螺母具有内表面，螺母螺旋凹槽形成于内表面上。电机使螺母转动。齿条轴螺旋凹槽形成于齿条轴211的外表面且具有与螺母螺旋凹槽相同的节距。多个滚动滚珠夹在螺母螺旋凹槽和齿条轴211的螺旋凹槽之间。

接下来将参考图2对离合器30和围绕其的部件的配置进行详细说明。图2是离合器30和围绕其的部件的内部配置的截面图。

如图2所示，壳体21容纳部分输入轴105、部分小齿轮轴106、离合器30、限制构件51、第一轴承61、第二轴承62、第三轴承63和第四轴承64。第一轴承61、第二轴承62、第三轴承63、第四轴承64和限制构件51各自固定到壳体21上。壳体21构成部分小齿轮箱25。壳体21可进一步容纳部分齿条轴211。在下面的说明中，限制构件51即是所谓的用于定位第一轴承61的止动螺钉。

离合器30包括行星齿轮机构，所述行星齿轮机构包括太阳齿轮32、行星齿轮33、内齿轮34和支架35。太阳齿轮32设置在小齿轮轴106的外圆周侧且以扭矩可传递的方式与锁定轮36耦合。行星齿轮33设置在太阳齿轮32的外圆周侧和内齿轮34的内圆周侧以便与太阳齿轮32和内齿轮34啮合。内齿轮34以扭矩可传递的方式与输入轴105耦合。支架35以扭矩可传递的方式与小齿轮轴106耦合且以行星齿轮33能够绕其自身的轴线转动并旋转的方式支撑每个行星齿轮33。

在该实施例中，壳体21进一步包括杠杆31。杠杆31在第一位置和第二位置之间移位。在该实施例中，当活塞(未示出)通过与壳体21连接的螺线管38的作用来压靠杠杆31时，杠杆31被驱动且移位至第一位置以使杠杆31与锁定轮36分开。因此，锁定轮36转换至非固定状态。这机械解耦了输入轴105和小齿轮轴106之间的扭矩传递路径。应注意的是杠杆31移位至第一位置时，止动销(未示出)与杠杆31接触并防止杠杆31进一步移位。

杠杆31通过设置在壳体21内的弹簧40偏置于第二位置。当杠杆31移位于第二位置时，杠杆31与锁定轮36的凹槽(未示出)接合以固定锁定轮36。这机械耦合了输入轴105和小齿轮轴106之间的扭矩传递路径。

限制构件51

限制构件51通过空隙与小齿轮轴106的外表面相对以便限制小齿轮轴106的倾斜。在该实施例中，限制构件51固定到壳体21上。然而，本发明不应限制于该配置。例如，只要限制构件51能够通过空隙与小齿轮轴106的外表面相对，限制构件也可由部分壳体21构成。

第一至第四轴承61-64

如图2所示，第一轴承61和第二轴承62各自支撑小齿轮轴106。同时，第三轴承63和第四轴承64各自支撑输入轴105。下面将具体说明第一至第四轴承61-64。

第一轴承61包括内环(轴垫圈)611、外环(壳体垫圈)612和多个滚动元件613。滚动元件613设置在内环611与外环612之间。轴垫圈611固定到小齿轮轴106上以与小齿轮轴106一起转动。同时，外环612固定到壳体21上。在该实施例中，限制构件51也作为定位构件来确定外环612的位置。

第二轴承62包括内环621、外环622和多个滚动元件623。滚动元件623设置在内环621和外环622之间。轴垫圈621安排为与小齿轮轴106一起转动。同时，外环622固定到壳体21上。

第三轴承63包括内环631、外环632和多个滚动元件633。滚动元件633设置在内环631与外环632之间。第四轴承64包括内环641、外环642和多个滚动元件644。滚动元件644设置在内环641与外环642之间。内环631和641各自固定到输入轴105上。同时，外环632和642各自固定到壳体21上。

根据该实施例，即使小齿轮轴106在使小齿轮轴106倾斜的方向上接收到来自齿条轴211的较大的力，即，即使力在偏离小齿轮轴106的轴线的方向上作用于小齿轮轴106，上述限制构件51也会限制小齿轮轴106的倾斜。限制构件51的配置防止了小齿轮轴106倾斜。

因此，即使例如第一轴承61随着时间的推移而退化，限制构件51也会早于第一轴承61的内环611与小齿轮轴106接触。因此，即使小齿轮轴106接收到来自车轮转向单元20(参见图1)侧的较大的力，限制构件51也会可靠地防止小齿轮轴106倾斜。

在该实施例中，限制构件51是止动螺钉。然而，本发明不应限制于该配置。只要通过空隙与小齿轮轴106的外表面相对以限制小齿轮轴106的倾斜，也可使用任何构件。限制构件51可为固定到壳体21上的构件或者可构成部分壳体21。然而，当限制构件51是所谓的止动螺钉时，这是优选的情形，因为可减少部件的数目。

在该实施例中，离合器30的输出轴是小齿轮轴106。然而，本发明不应限制于该配置。离合器30的输出轴可以扭矩可传递的方式通过例如接头与小齿轮轴106耦合。甚至采用该配置，较大的力也可从车轮转向轴211施加于离合器30的输出轴上。因此提供限制构件51是重要的。应注意的是限制构件51在离合器30的输出轴是小齿轮轴106的配置中尤其重要。

离合器30的详细说明

参考图3a和3b以及图4a和4b对离合器30的详细配置进行说明。离合器30包括在第一位置和第二位置之间移位的杠杆31以机械耦合或解耦转向构件200与车轮转向单元20之间的扭矩传递路径。图3a和3b是示意性示出包括杠杆31的离合器30的示例性配置的简图。图3a示出了离合器脱离接合的状态。图3b示出了离合器30被接合的状态。

如图3a和3b，离合器30包括行星齿轮机构、杠杆31和锁定轮36。行星齿轮机构包括同轴设置的太阳齿轮32、行星齿轮33、内齿轮34和支架35。锁定轮36与杠杆31接合。支架35以扭矩可传递的方式与小齿轮轴106耦合。内齿轮34以扭矩可传递的方式与输入轴105耦合。太阳齿轮32以扭矩可传递的方式与锁定轮36耦合。杠杆31在如图3a所示的第一位置和如图3b所示的第二位置之间移位。

在该实施例中，行星齿轮33的数目不应被特别限制。行星齿轮33各自设置在太阳齿轮32的外圆周上和内齿轮34的内圆周上以便与太阳齿轮32和内齿轮34啮合。支架35支撑每个行星齿轮33以使其绕自身的轴线转动并旋转。

根据该实施例，如图3a所示，当杠杆31移位至第一位置时，杠杆31与锁定轮36分开，锁定轮36处于非锁定状态。这使得以扭矩可传递的方式与锁定轮36耦合的太阳齿轮32能够空转。由于太阳齿轮32空转，所以扭矩不从支架35传递至内齿轮34。这使输入轴105和小齿轮轴106之间的扭矩传递路径(即，转向构件200(参见图1)和车轮转向单元20(参见图1)之间的扭矩传递路径(参见图1))机械解耦。也就是说，离合器30脱离接合。

同时，如图3b所示，当杠杆31移位至第二位置时，杠杆31与锁定轮36的凹槽接合，因此，锁定轮36处于锁定状态。然后，以扭矩可传递的方式与锁定轮36耦合的太阳齿轮32被固定。当太阳齿轮32被固定时，扭矩从支架35传递至内齿轮34。这使输入轴105和小齿轮轴106之间的扭矩传递路径(即，转向构件200(参见图1)和车轮转向单元20之间的扭矩传递路径)机械耦合。也就是说，离合器30被接合。

在该说明中，上述术语“接合”不仅包括“固定”和“嵌入”，还包括简单的“接触”。

图4a和4b是示意性示出根据本实施例的离合器30的另一示例性配置的简图。图4a示出了离合器30脱离接合的状态。图4b示出了离合器30被接合的状态。在如图4a和4b所示的示例性配置中，离合器30包括行星齿轮机构和杠杆31。行星齿轮机构包括同轴设置的太阳齿轮32、行星齿轮33、内齿轮34和支架35。内齿轮34和锁定轮36互成一体。支架35以扭矩可传递的方式与中间转向轴102耦合。太阳齿轮32以扭矩可传递的方式与小齿轮轴106耦合。

如图4a所示，当杠杆31移位至第一位置时，杠杆31与锁定轮36(内齿轮34)分开，锁定轮36处于非锁定状态。这使得内齿轮34能够空转。由于内齿轮34空转，所以扭矩不从支架35传递至太阳齿轮32。这使输入轴105和小齿轮轴106之间的扭矩传递路径(即，转向构件200(参见图1)与车轮转向单元20(参见图1)之间的扭矩传递路径(参见图1))机械解耦。也就是说，离合器30脱离接合(非固定状态)。

同时，如图4b所示，当杠杆31移位至第二位置时，杠杆31与锁定轮36(内齿轮34)啮合，锁定轮36(内齿轮34)被锁定。这使得内齿轮34被固定(固定状态)。由于内齿轮34被固定，所以扭矩从支架35传递至太阳齿轮32。这使输入轴105和小齿轮轴106之间的扭矩传递路径(即，转向构件200(参见图1)与车轮转向单元20(参见图1)之间的扭矩传递路径(参见图1))机械耦合。也就是说，离合器30被接合。

如上所述，当杠杆31移位至第二位置时，杠杆31与锁定轮36接合以锁定锁定轮36的转动。该三种元件(即，太阳齿轮32、支架35和内齿轮34)中的一个元件(第一元件)以扭矩可传递的方式与输入轴105耦合，另一元件(第二元件)以扭矩可传递的方式与小齿轮轴106耦合，还有一个元件(第三元件)以扭矩可传递的方式与锁定轮36耦合。这适宜地设置了离合器30以通过在第一位置和第二位置之间使杠杆31移位来机械耦合或解耦输入轴105与小齿轮轴36之间的扭矩传递路径。

限制构件和围绕其的部件的详细配置

参考图5对限制构件51的详细配置进行说明。图5是示意性示出限制构件51和围绕其的部件的配置的简图。如图5所示，限制构件51固定到壳体21(见图2)上且沿小齿轮轴106的轴向与第一轴承61的外环612相邻设置。因此，限制构件51确定了第一轴承61的位置。

限制构件51和内环611之间形成有空隙(由图5中的“s”所示)。

在该实施例中，部分小齿轮轴106径向向外突出以具有直径大于小齿轮轴106的其他相邻部分的直径的大直径部501。在该实施例中，当小齿轮轴106的大直径部的直径为d且当小齿轮轴106的其他相邻部分的直径为d1和d2时，建立关系d>d1且d>d2。

由于小齿轮轴106包括大直径部501，所以在大直径部501的上游侧和下游侧的小齿轮轴106上分别形成第一台阶部505和第二台阶部506。因此，根据该实施例，第一轴承61的内环611的位置由第一台阶部505确定。第二轴承62的内环621的位置由第二台阶部506确定。

限制构件51与大直径部501的外表面相对。这减少了限制构件51从壳体21突出的长度。

图6是图5中vi部分的放大图。在该实施例中，从所述小齿轮轴106的轴向方向的上游侧俯视时，限制构件51延伸至与第一轴承61的内环611重叠的位置。具体地，如图6所示，当小齿轮轴106的轴线为“m”，从轴线“m”至限制构件51在小齿轮轴106侧的端部的距离为x1，从轴线“m”至第一轴承61的内环611的内端部的距离为x2时，建立关系x1<x2。

通过此配置，限制构件51就能够充分地靠近小齿轮轴106的外表面而设置。因此，限制构件51能够适宜地限制小齿轮轴106的倾斜。更优选地，小齿轮轴106的外表面和限制构件51之间的距离(由图6中“w”所示)应为1毫米以下。

在日本专利申请特开2008-189077号公报所公开的离合器中，当输出轴接收到来自车轮转向轴侧的较大的力时，输出轴可倾斜。不幸地，这可阻碍离合器的行星齿轮机构的顺畅运行，例如。

即使在输出轴接收到来自车轮转向轴侧的较大的力，但本实施例也可防止离合器的输出轴倾斜。

显而易见地，鉴于上述教导，对本发明的各种修改和变化是可能的。因此，应理解，在所附的权利要求的范围内，可以不同于本文具体描述的方式实践本发明。